[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Polyorganosiloxane mit verbesserter Alterungsstabilität,
die z.B. in elektrischen Vorrichtungen, hydraulischen Systemen oder Wärmeübertragungsanlagen
zum Einsatz kommen können. Besondere Bedeutung hat diese Erfindung für elektrische
Vorrichtungen, die flüssige Polyorganosiloxane als isolierende Kühlmedien enthalten.
[0002] Als flüssige Isoliermedien in elektrischen Vorrichtungen, die in Bereichen hoher
Brandgefährdung installiert sind, wurden bisher polychlorierte Biphenyle (PCB) verwendet,
die als Vorzüge neben ihrer schweren Entflammbarkeit eine hohe Alterungsstabilität
aufweisen. Aufgrund verschiedener Umweltfaktoren haben diese Verbindungen jedoch an
Interesse eingebüßt und werden in zunehmendem Maße durch andere Flüssigkeiten substituiert.
Unter diesen Flüssigkeiten kommt den Polyorganosiloxanen wegen ihrer hervorragenden
elektrischen, ökologischen und brandtechnischen Eigenschaften, eine besondere Bedeutung
zu (vgl. z.B. Dirnböck, Preiss, Schiffer, Schmitz: "Der Silikontransformator im Brandgeschehen",
etz 16/1984).
[0003] Aus der Vielzahl möglicher Polyorganosiloxane sind bevorzugt Polydimethylsiloxane
im Einsatz, deren Anforderungsprofil im IEC-Dokument 10 B (Sec) 46 (April 82) festgelegt
worden ist.
[0004] Diese Silikonflüssigkeiten werden bereits in großem Umfang nach den üblichen Verfahren
hergestellt und vertrieben.
[0005] Trotzdem Silikonverbindungen allgemein als wärme- und alterungsstabil gelten, kann
bei sehr langer thermischer Beanspruchung dieser Verbindungen in Luft eine Veränderung
festgestellt werden, deren Ursache auf eine Oxidation der Methylgruppen zurückzuführen
ist.
[0006] Es sind bereits eine Vielzahl von Verfahren beschrieben worden, die eine Stabilisierung
der Polyorganosiloxane zum Inhalt haben. Als wirksame Zusätze sind z.B. Metallverbindungen,
so z.B. Metallsalze organischer Säuren (US-PS 24 45 567), Metallchelate (US-PS 24
65 296) und Ferrocen (DE-AS 11 16 396) vorgeschlagen worden.
[0007] Bei allen diesen Systemen ist eine Verwendung in elektrischen Vorrichtungen problematisch,
weil durch metallhaltige Stabilisierungszusätze das dielektrische Verhalten des Isoliersystems
nachteilig beeinflußt werden kann.
[0008] Daher ist es wünschenswert, eine Stabilisierungsmethode anzustreben, die einerseits
eine Verbesserung des Alterungsverhaltens bewirkt, auf der anderen Seite jedoch das
dielektrische Eigenshaftsbild des Silicons nicht nennenswert verändert.
[0009] Es wurde nun gefunden, daß sich die Alterungsstabilität von flüssigen Polyorganosiloxanen
dadurch verbessern läßt, daß man eine 0,001 bis 0,05 Gew.-% betragende Menge substituierter
Anthrachinonverbindungen, insbesondere solche der Formel
in diese Siloxane einarbeitet, worin R und R' Wasserstoffreste, Aminogruppen oder
substituierte Aminogruppen, wie z.B. Alkylamino-, Alkenylamino- oder Arylaminoreste
sein können. Dabei sind R und R' nicht gleichzeitig Wasserstoffreste.
[0010] Bevorzugt wird die Anthrachinonverbindung in Mengen von 0,005 - 0,03 Gew.-% eingesetzt.
[0011] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Organopolysiloxane mit verbesserter Alterungsstabilität,
welche dadurch gekennzeichnet sind, daß sie einen Gehalt an substituierten Anthrachinonverbindungen
aufweisen.
[0012] Insbesondere sind Gegenstand der Erfindung Organopolysiloxane die einen Gehalt von
0,001 bis 0,05 Gew.-% - bezogen auf die Gesamtmenge - an Anthrachinonverbindungen
der allgemeinen Formel
wobei R unabhängig voneinander für Wasserstoff, Aminogruppen und substituierte Aminogruppen
stehen kann, aufweisen. Beide R sind jedoch nicht gleichzeitig Wasserstoffreste.
[0013] Anthrachinonverbindungen finden hauptsächlich als Farbstoffe Verwendung und zeigen
beim erfindungsgemäßen Einsatz keinerlei negative Effekte in bezug auf das dielektrische
Eigenschaftsbild der Polyorganosiloxane.
[0014] Als Silikonflüssigkeiten kommen in erster Linie lineare oder gegebenenfalls auch
verzweigte Polydimethylsiloxane mit einer Viskosität von 0,65 mm sec bis ca. 20 000
000 mm 2 sec 1 infrage. Anstelle der Methylsubstituenten können auch andere Organogruppen
wie z.B. Ethyl-, Vinyl-, Phenylrest oder auch Wasserstoff vorliegen.
[0015] In gleicher Weise können Polysiloxansysteme erfindungsgemä stabilisiert werden, die
Polysiloxane enthalten, die bis zu einem gewissen Anteil vernetzte Einheiten aufweisen.
[0016] Die genannten Systeme werden z.B. als Elektroisolierflüssigkeiten, als Hydraulikmedien,
als Schmiermittel, als Dämpfungsflüssigkeiten, als Bremsflüssigkeiten, als Wärmeüberträger-
oder Kraftübertragungssysteme eingesetzt.
[0017] Zur Bewertung der Alterungsstabilität von Polyorganosiloxanen bietet sich die Bestimmung
der Gelzeit an. Man versteht hierunter die Zeit, die erforderlich ist, eine Probe
bei einer bestimmten Temperatur in Luft solange zu tempern, bis sie durch oxidative
Vorgänge soweit verändert worden ist, daß sie unter dem Einfluß der Schwerkraft nicht
mehr fließt.
[0018] Die nachstehend aufgeführten Beispiele sollen nun die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen
Zusätze in Polyorganosiloxanen verdeutlichen.
Beispiel 1
[0019] In Polydimethylsiloxanölen mit einer Viskosität von 50 mm
2 · s
-1 bei 25°C wurden jeweils 0,01 Gew.-% der folgenden Anthrachinonverbindungen eingerührt.
[0020]
[0021] Da eine völlige Löslichkeit einzelner Verbindungen in dem verwendeten Silikonöl nicht
in allen Fällen gegeben war, wurden die betreffenden Proben vom unlöslichen Anteil
abdekantiert und dann als gesättigte Lösungen zusammen mit den Proben der löslichen
Verbindungen, deren Löslichkeitsgrenzen alle im Bereich von etwa 0,02 - 0,05 Gew.-%
lagen, auf ihre Alterungsbeständigkeit untersucht. Die Prüfung erfolgte in 50 ml Bechergläsern,
in denen jeweils 20 g der betreffenden Proben bei 225°C solange getempert wurden,
bis Vergelung eintrat. In Tabelle 2 sind die ermittelten Gelzeiten aufgeführt.
Beispiel 2
[0022] Zur Feststellung, ob die erfindungsgemäßen Anthrachinonverbindungen auch auf andere
Systeme als Polydimethylsiloxane stabilisierend wirken, wurde jeweils 0,01 Gew.-%
1-Methylamino-4-(3-methyl-phenylamino)-anthrachinon in den in Tabelle 3 aufgeführten
Polyorganosiloxanen gelöst und dann 20 g dieser Proben in 50 ml Bechergläsern bei
225°C im Vergleich mit undotierter Ware bis zur Vergelung getempert.
[0023] In Tabelle 4 sind die herbei erhaltenen Ergebnisse zusammengefaßt.
Beispiel 3
[0024] In einer handelsüblichen Isolierflüssigkeit (Viskosität ca. 50 mm
2 sec
-1), auf der Basis eines Polydimethylsiloxans mit einem Eigenschaftsbild gemäß IEC 10
B (sec) 46 wurden bei Raumtemperatur jeweils Mengen von 0,001; 0,002; 0,005; 0,01
und 0,02 Gew·-% 1-m-tolylamino-4-methylamino-antrachinon bis zur Homogenität aufgelöst,
wobei Lösungen unterschiedlich blauer Intensität erhalten wurden.
[0025] Jeweils 20 g dieser Lösungen wurden dann in 50 ml-Bechergläsern bei 225°C bis zur
Vergelung getempert, wobei als Standard die verwendete Isolierflüssigkeit ohne den
erfindungsgemäßen Zusatz diente. In Tabelle 5 sind die gefundenen Gelzeiten zusammengefaßt.
[0026] Als weitere Methode speziell zur Überprüfung der Alterungsstabilität von Isolationsflüssigkeiten
auf der Basis von Polydimethylsiloxanen kann auch der Ageing-Test gemäß IEC-Dokument
10 B (Secretariat) 53, June 1984, herangezogen werden, ein Verfahren bei dem die betreffende
Flüssigkeit in einem Prüfgefäß 24 Std. auf 225°C erhitzt und anschließend die Viskositätsänderung
gemessen wird. Da nach 24 Std. Erhitzungsdauer bei 225°C eine nach dem Stand der Technik
hergestellte Isolationsflüssigkeit auf der Basis von Polydimethylsiloxanen nur wenig
altert, wurden die Testbedingungen entsprechend verschärft und die Zeit der Exposition
auf 14 Tage ausgedehnt.
[0027] Nach diesem Zeitraum hat sich eine nicht mit dem erfindungsgemäßen Zusatz an Alterungsschutzmittel
versehene Isolationsflüssigkeit durch Oxidationsprozesse in ihrer chemischen Struktur
bereits merklich verändert.
Beispiel 4
[0028] Unter Zugrundelegung dieser Methode wurden in einem 1000 ml Becherglas mit einem
Durchmesser von 100 mm 800 g einer mit 0,005 Gew.-% 1-Methylamino-4-(3-methyl- phenylamino)-anthrachinon
dotierten Polydimethylsiloxan-flüssigkeit gemäß IEC 10 B (Sec) 46 14 Tage bei 225°C
getempert, anschließend die relevanten Werte an dieser Probe gemessen und mit den
Daten der ungetemperten und auch der undotierten Ausgangsware verglichen. Die entsprechenden
Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefaßt.
[0029]
Beispiel 5
[0030] In Analogie zu Beispiel 4 wurde in einem 1000 ml Becherglas mit einem Durchmesser
von 100 mm 800 g einer mit 0,01 Gew.-% 1,4-Bis-(4-tert.-butylphenylamino)-anthrachinon
dotierten POlydimethylsiloxan-Flüssigkeit gemäß IEC 10 B (Sec) 46 14 Tage bei 225°C
getempert, anschließend die relevanten Werte an dieser Probe gemessen und mit den
Daten der ungetemperten und auch der undotierten Ausgangsware verglichen. Die entsprechenden
Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefaßt.
[0031] Die Alterungsstabilität von Polyorganosiloxanen, insbesondere von Polydimethylsiloxanen
läßt sich also durch die Zugabe der erfindungsgemäßen Anthrachinonverbindungen beträchtlich
verbessern, ohne daß die dielektrischen Daten bei Isolierflüssigkeiten nennenswert
verändert werden und ohne daß sich der Flammpunkt erniedrigt.